中国新发食管癌病例数占全球的51%,死亡食管癌病例数占全球的55%
[1],呈高发病率和高死亡率的趋势。食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC)起病隐匿,早期症状不明显,多数患者出现症状时已是晚期,而晚期ESCC患者预后较差,术后5年生存率仅为6%
[2]。如果能够早期干预,其5年生存率可超过95%
[3],因此迫切需要寻找更多的用于早期诊断和预后评估的分子标志物,实现早期诊断和早期治疗以提高患者生存率。Rh家族C糖蛋白(Rh type C glycoprotein,RHCG)属于Rhesus(Rh)家族成员之一,最初被鉴定为人类红细胞中的Rh血型抗原。Rh家族是跨膜蛋白,其特征是具有12个跨膜结构域和胞质内N-末端及C-末端
[4]。根据功能可将Rh家族蛋白分为两大类:氨转运型Rh糖蛋白(RHAG、RHBG和RHCG)和非转运型Rh蛋白(RHD和RHCE)。RHBG和RHCG作为氨转运体,在肾脏
[5]、肝脏
[6]、大脑
[7]和胃肠道等多种组织中广泛表达,在氨排泄和肾脏pH值调节过程中发挥重要作用
[8-9]。虽然RHCG在食管和子宫颈组织中呈高表达
[10],但其在ESCC发生发展的作用尚不明确。本研究基于生物信息学方法初步预测RHCG在ESCC组织中的表达情况,利用免疫组织化学法验证并评估其在ESCC中的诊断和预后价值,同时从细胞学方面分析RHCG对ESCC细胞增殖和迁移的影响,为将RHCG作为ESCC的新的诊断和预后标志物提供理论依据。
1 资料与方法
1.1 细胞、质粒、主要试剂和仪器
ESCC TE-1细胞来源于中国科学院细胞库。pcDNA3.1 RHCG质粒购于上海吉玛制药技术有限公司。RHCG多克隆抗体购于美国Santa Cruz公司,GAPDH抗体购于美国Proteintech公司,DAB染色液试剂盒购自基因科技(上海)股份有限公司,Lipofectamine 2000转染试剂购于美国赛默飞世尔科技公司,5×Loading Buffer购于上海碧云天生物技术有限公司,细胞计数试剂盒8(cell counting kit-8,CCK-8)、细胞增殖和毒性检测试剂盒及0.1%结晶紫溶液购于北京索莱宝科技有限公司,Western blotting电泳仪购自美国Bio-Rad公司。
1.2 组织样本收集
收集2000—2021年来自石河子大学第一附属医院的石蜡包埋组织样本共248例,其中ESCC组织143例,癌旁正常组织105例。所有收集的病例均经过患者知情同意和伦理委员会批准,并通过电话方式收集随访信息(随访时间截止至2021年9月)。
1.3 免疫组织化学染色检测各组织的免疫组织化学评分
石蜡组织切片经二甲苯和梯度酒精进行脱蜡 和 水 化, 采 用 乙 二 胺 四 乙 酸 溶 液(ethylenediaminetetraacetic acid solution,EDTA)溶液进行抗原修复,阻断内源性过氧化物酶后滴加一抗,采用DAB染色液试剂盒,滴加酶标羊抗鼠/兔IgG聚合物二抗,并依次进行DAB显色、苏木素复染、脱水、封片、阅片。切片结果由2名资深的病理医师遵循2019版世界卫生组织消化系统标准对染色结果进行判读。依据细胞染色强度和肿瘤细胞阳性百分比进行评分(染色强度:无着色=0分,黄色=1分,棕黄色=2分,棕色=3分;5%<阳性百分比为0分,5%≤阳性百分比<25%为1分,25%≤阳性百分比<50%为2分,50%≤阳性百分比<75%为3分,75%≤阳性百分比≤100%为4分),免疫组织化学评分等于上述2项分值的乘积,免疫组织化学评分≤6分为RHCG低表达组,免疫组织化学评分>6分为RHCG高表达组。
1.4 生物信息学分析
采用基因表达谱动态分析(Gene Expression Profiling Interactive Analysis,GEPIA)2数据库(
http://gepia2.cancer-pku.cn/#index)
[11]进行泛癌分析。GEPIA2收集了来自癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas,TCGA)和基因型-组织表达(Genotype-Tissue Expression,GTEx)项目的9 736个肿瘤样本和8 587个正常样本的RNA-seq表达数据,采用“General Information”模块分析多种肿瘤组织中RHCG mRNA表达情况。
1.5 细胞学实验
1.5.1 细胞培养
TE-1细胞培养于RPMI-1640完全培养基(含10%胎牛血清、1%青-链霉素)中,并置于37 ℃、5% CO2恒温培养箱中培养。当细胞密度达到80%~90%时进行换液及细胞传代,用于后续实验。
1.5.2 细胞转染
当细胞密度为70%~80%时采用胰酶消化计数,铺6孔细胞培养板时每孔为4×105个细胞,待细胞贴壁后观察细胞状态并进行转染,EP管中各加入100 μL RPMI-1640培养基,再分别添加7.5 μL Lipofectamine 2000转染试剂和3.0 μg pcDNA3.1 RHCG质粒,分别混匀后静置5~10 min,6孔细胞培养板换液后将转染的混合液体分别均匀滴入每个孔中,继续培养24~48 h以供后续实验使用。按照说明书设置不同Lipofectamine 2000∶RHCG比例,在6孔细胞培养板中转染TE-1细胞,RHCG转染组质粒添加量分别为2.0、2.5和3.0 μg,分别转染24和48 h,转染空载体的正常对照作为对照组,经Western blotting法验证最佳转染条件。
1.5.3 Western blotting法检测TE-1细胞中RHCG蛋白表达情况
转染48 h后的细胞采用磷酸盐缓冲液(phosphated buffer saline,PBS)洗涤3次,冰上裂解细胞进行蛋白提取,加入5×Loading Buffer后100 ℃金属浴10 min。根据说明书制备聚丙烯酰胺凝胶电泳(polyacrylamide gel electrophoresis,PAGE)凝胶,电泳后使用转膜液(湿转法)400 mA、30 min进行转膜,脱脂牛奶封闭1 h,一抗4 ℃孵育过夜(RHCG 1∶1 000;GAPDH 1∶50 000),1×含吐温-20的PBS(PBS with Tween-20,PBST)洗涤3次,每次10 min,适量二抗室温孵育2 h(羊抗鼠二抗1∶10 000),再次使用1×PBST溶液洗涤3次,超敏发光液进行显色。
1.5.4 CCK-8和平板克隆实验检测2组TE-1细胞增殖活性及克隆形成数
取对数生长期的转染后TE-1细胞,在96孔细胞培养板中每孔接种约5×103个细胞,每组设置3个复孔,并且设置无细胞孔作为调零孔,96孔细胞培养板周围一圈加入无菌PBS缓冲液防止蒸发效应影响实验结果,分别在1、2、3和4 d时加入CCK-8试剂,2 h后采用酶标仪检测450 nm处各孔的吸光度(A)值。平板克隆是在6孔细胞培养板中每孔接种500个转染的细胞,培养7~8 d显示肉眼可见的集落后终止培养,采用PBS缓冲液洗涤3次后4%多聚甲醛固定30 min,洗涤2次去除多余的固定液,0.1%结晶紫4 ℃染色,30 min后用PBS缓冲液再次洗涤2次,晾干后观察并计算每组细胞克隆形成数。
1.5.5 Transwell小室实验检测2组TE-1细胞中迁移细胞数
将转染48 h后细胞采用无血清培养基重悬,将约2×105个细胞加入Transwell小室的上室,上室总体积为300 μL,下室加入800 μL含20%胎牛血清(fetal bovine serum,FBS)的完全培养基,将含小室的24孔细胞培养板置于培养箱中培养24 h后进行固定染色,弃去上室培养基,采用4%多聚甲醛浸泡30 min固定细胞,然后采用0.1%结晶紫染色30 min,最后使用双蒸水清洗至背景清晰。使用Image J软件进行细胞计数,首先导入待分析的图片,将其转换为黑白图像,然后使用“Analyze”→“Analyze Particles”功能,得到的结果中“Count”即为迁移的细胞数。
1.6 统计学分析
采用SPSS 26.0和GraphPad Prism 9.5.0统计软件进行统计学分析。正常食管鳞状上皮组织中RHCG蛋白表达情况和不同临床病理特征患者RHCG蛋白表达情况比较采用χ2检验,采用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线分析RHCG的诊断价值并计算ROC曲线下面积(area under curve,AUC),Kaplan-Meier生存曲线分析比较RHCG高表达与RHCG低表达患者总体生存时间的差异(0为存活,1为死亡),单因素和多因素COX分析各因素与ESCC患者预后的关系。各组细胞增殖活性、迁移细胞数和克隆形成数均符合正态分布,以x±s表示,多组间样本均数比较采用单因素方差分析,组间均数两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结 果
2.1 多种癌组织中RHCG mRNA表达水平
GEPIA2在线数据库分析结果显示:与癌旁正常组织比较,ESCC、多形性胶质母细胞瘤、头颈部鳞状细胞癌和肾透明细胞癌等多种癌组织中RHCG mRNA表达水平升高(
P<0.05),表明RHCG的失活参与了肿瘤的发生发展,其可能成为潜在的肿瘤治疗靶点。见
图1。
2.2 ESCC患者癌组织和癌旁正常组织中RHCG蛋白表达
RHCG蛋白主要表达于正常食管鳞状上皮细胞的胞膜(
图2)。143例ESCC组织中,120例呈RHCG蛋白低表达(120/143,83.9%),23例呈RHCG蛋白高表达(23/143,16.1%);105例正常食管上皮组织中,18例呈RHCG蛋白低表达(18/105,17.1%),87例呈RHCG蛋白高表达(87/105,82.9%),ESCC患者癌组织中RHCG蛋白表达低于正常食管上皮组织(
χ2=109.373,
P<0.001)。
2.3 不同临床病理特征ESCC患者癌组织中RHCG蛋白表达
RHCG蛋白低表达组患者分化程度差于RHCG蛋白高表达组(
χ2=4.194,
P=0.041)。RHCG蛋白表达与患者的性别(
P=0.083)、年龄(
P=0.777)、肿瘤部位(
P=0.859)、浸润深度(
P=0.603)、有无远处转移(
P=0.372)、有无淋巴结转移(
P=0.760)和TNM分期(
P=0.392)无关联。见
表1。
2.4 RHCG蛋白表达水平对ESCC的诊断价值
RHCG的蛋白表达水平对ESCC具有较好的诊断价值,AUC=0.86,灵敏度为95.1%,特异度为75.0%,
P<0.001。见
图3。
2.5 RHCG蛋白表达与ESCC患者预后的关系
在143例ESCC患者中,通过电话随访和医院记录获得了60例患者完整的随访信息。通过Kaplan-Meier生存曲线分析RHCG蛋白表达水平与患者生存时间及生存情况的关系,结果显示:与RHCG蛋白高表达组比较,RHCG蛋白低表达组患者生存时间更短,预后较差[风险比(hazard ratio, HR):0.269,95%置信区间(confidence interval,CI):0.113~0.639,
P=0.020]。见
图4。
单因素COX回归分析结果显示:浸润深度(
P=0.004)、淋巴结转移(
P=0.008)、TNM分期(
P<0.001)和RHCG表达(
P=0.031)与ESCC患者预后显著相关。多因素COX回归分析结果显示:RHCG是ESCC发生的独立危险因素(HR:4.569,95%CI:1.315~15.877,
P=0.017)。见
表2。
2.6 不同浓度转染后TE-1细胞中RHCG蛋白表达量
经Western blotting验证最佳转染条件为RHCG质粒3.0 μg转染48 h,此时RHCG蛋白过表达效果最佳,RHCG蛋白表达量最高(
图5)。
2.7 对照组和过表达RHCG组TE-1细胞增殖活性
与对照组比较,接种细胞第4天时,过表达RHCG组的TE-1细胞增殖活性降低(
P<0.001)。见
图6。
2.8 对照组和过表达RHCG组TE-1细胞克隆形成数
过表达RHCG组TE-1细胞克隆形成数(302.30个±19.04个)低于对照组(513.70个± 8.08个)(
t=17.70,
P<0.001)。见
图7。
2.9 对照组和过表达RHCG组TE-1细胞的迁移细胞数
与对照组(1 234.00个±43.21个)比较,过表达RHCG组细胞迁移数(326.70个±50.16个)减少(
t=23.74,
P<0.001)。见
图8。
3 讨 论
ESCC是一种侵袭性较强的恶性肿瘤,早期常无症状,确诊时多为中晚期,恶性程度高、预后差。尽管近年来食管癌分子靶向治疗已取得重大进展
[12],但由于缺乏早期诊断和预后评估的分子标志物,ESCC患者5年生存率不足10%,而早期诊断和早期治疗后ESCC患者生存率超过95%
[3]。因此寻找新的ESCC诊断标志物和治疗靶点对于提高ESCC患者生存率至关重要。
本研究通过GEPIA2数据库进行泛癌分析结果显示:RHCG基因在ESCC、多形性胶质母细胞瘤、头颈部鳞状细胞癌和肾透明细胞癌等多种肿瘤低表达,与先前报道
[13-15]一致。研究
[16]显示:RHCG蛋白在正常组织中高表达,表达率为72.5%,ESCC组织中不表达RHCG蛋白。本研究中免疫组织化学染色结果显示:RHCG蛋白在ESCC组织中低表达,其中正常食管上皮组织中RHCG表达率为82.9%,ESCC组织中RHCG表达率为16.1%。研究
[17]显示:RHCG可作为喉鳞状细胞癌的诊断标志物,与hsa_circ_0036722联合诊断的AUC可达到0.859,但目前关于RHCG在诊断ESCC的作用方面尚未明确。本研究通过ROC曲线分析RHCG对ESCC的诊断能力,结果显示:RHCG具有良好的诊断效能(AUC值为0.868)及较高的灵敏度(95.1%)和特异度(75.0%)。由RHCG构建的新型预后模型能够准确预测膀胱癌患者生存率,指导个性化治疗
[18]。本研究结果显示:RHCG蛋白低表达组患者的生存率更低,且RHCG蛋白低表达为ESCC发生的独立危险因素,进一步证实RHCG蛋白低表达与ESCC患者的不良预后相关。
研究
[10]显示:敲低RHCG可导致宫颈癌细胞的增殖和迁移。为了进一步研究RHCG对ESCC细胞的生物学行为的影响,本课题组采用RHCG质粒转染TE-1细胞,通过CCK-8实验、克隆形成实验和Transwell小室实验结果证明了过表达RHCG蛋白可明显降低TE-1细胞增殖和迁移能力。研究
[16]显示:敲低RHCG蛋白可以增加核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信号通路的抑制蛋白IκB(inhibitor of NF-κB,IκB)的磷酸化,使其被蛋白酶体降解,促进NF-κB p65活化和核转位。NF-κB p65移位至细胞核后会促进ESCC的侵袭和转移。在非小细胞肺癌中,过表达RHCG蛋白可降低A549细胞中相关信号通路表达水平
[19],证明RHCG可通过调控相关信号通路的活化抑制肺癌细胞的增殖。RHCG在胃癌中高表达,并通过保持细胞内碱性促进胃癌细胞增殖、迁移和侵袭
[20]。上述研究表明:RHCG参与肿瘤发生发展。在ESCC患者中,可通过RHCG表达上调增加其放疗敏感性
[21],为RHCG作为治疗靶点提供了证据支持。
综上所述,RHCG蛋白在ESCC患者中低表达且与患者不良预后相关,是ESCC的独立预后指标。过表达RHCG蛋白可以抑制ESCC TE-1细胞的增殖和迁移能力,RHCG有望成为ESCC有效的诊断和预后标志物及治疗靶点。
国家自然科学基金项目(82160542)
国家自然科学基金项目(82273020)
南京大学医学院附属鼓楼医院临床研究专项资金项目(2023-LCYJ-MS-17)